Co to jest technologia wyświetlania Twisted Nematic?

Aby w pełni zrozumieć technologię TN LCD (Twist Nematic Liquid Crystal Display), najpierw zrozumiemy, czym jest nematyczny ciekły kryształ.

Więcej informacji o technologii LCD znajdziesz tutaj:

 

Co to jest ciekły kryształ Nematic?

Wszyscy wiemy, że woda (wzór chemiczny to H2O ) ma 3 stany: stały (lód), ciecz (woda) i gaz (para). Stan ciekły jest izotropowy, co oznacza, że ​​jego właściwości są jednorodne we wszystkich kierunkach – wynik H2O cząsteczki będące w ciągłym losowym ruchu. Stan stały jest krystaliczny, wszystkie cząsteczki H2O mają swoją stałą pozycję, jest anizotropowy; właściwości optyczne i inne, takie jak przewodnictwo cieplne i elektryczne, zmieniają się wraz z kierunkiem.

Nematic stan ciekłokrystaliczny jest unikalnym stanem nieuwzględnionym w powyższych 3 stanach. Jest to stan pomiędzy stanem krystalicznym (stałym) a izotropowym (ciekłym). Nawet w stanie ciekłych kryształów istnieje kilka rodzajów stanów ciekłokrystalicznych, jak poniżej.

Faza Nematyczna

Nematyczna faza ciekłokrystaliczna charakteryzuje się tym, że cząsteczki zachowują ogólny porządek dążenia do tego samego kierunku. Ma porządek jednowymiarowy. Patrz rys.1

Faza Smektyczna

W fazie smektycznej cząsteczki wykazują dwuwymiarowy porządek nieobecny w nematyce. Cząsteczki zachowują ogólną orientację nematyki, ale również mają tendencję do układania się w warstwy lub płaszczyzny. Jest to stan pomiędzy nematyką (porządek jednowymiarowy) a stanem stałym (porządek trójwymiarowy). Patrz rys.1.

Faza cholesterolowa

Cholesteryczna (lub chiralna nematyczna) faza ciekłokrystaliczna jest zazwyczaj cząsteczkami zorientowanymi kierunkowo i ułożonymi w stos spiralny, z każdą warstwą obróconą pod niewielkim kątem do warstw znajdujących się powyżej i poniżej. Patrz rys.1.

Nematyczny ciekły kryształ

Rys.1. Faza nematyczna, smektyczna i cholesterolowa

 

W technologii wyświetlaczy LCD, tylko nematyczny ciekły kryształ ma praktycznie zastosowanie, a cholesteryczny ciekły kryształ jest domieszkowany niewielką ilością, aby pomóc skręcać się nematycznym cząsteczkom ciekłego kryształu. To jest pochodzenie terminu „Twisted Nematic” lub TN dla Nematic Display w skrócie.  

 

Co to jest wyświetlacz TN (Twisted Nematic)?

Jak działa wyświetlacz TN

Teraz prosty panel LCD TN zawiera dwa polaryzatory, dwa podłoża szklane z przezroczystymi elektrodami, ITO (Indium Tin Oxide) i cienka warstwa materiału ciekłokrystalicznego umieszczona pomiędzy elektrodami. Patrz rys.2

Skręcony wyświetlacz nematyczny

Rys.2 Jak działają panele TN

 

Gdy napięcie jest wyłączone, naturalne światło ze źródła światła przechodzi przez górny polaryzator, aby stać się spolaryzowanym światłem liniowym. Kiedy spotyka się z nematycznymi cząsteczkami ciekłokrystalicznymi, skręca się z ciekłokrystaliczną warstwą skrętu. Po skręceniu o 90o, przechodzi przez dolną szybę i dociera do dolnego polaryzatora. Ponieważ spolaryzowane światło jest ustawione równolegle do dolnego polaryzatora, przechodzi przez polaryzator i widzimy światło (biały lub szary piksel).  

 

Gdy napięcie jest włączone, cząsteczka ciekłokrystaliczna będzie ustawiona prostopadle do powierzchni szkła i straci swój skręt pod wpływem pola elektrycznego. Kiedy spolaryzowane światło spotyka się z nematyczną warstwą ciekłokrystaliczną, zachowuje oryginalną transmisję bez skręcania. Zostanie on zablokowany przez dolny polaryzator, ponieważ światło liniowe i polaryzator dolny są ustawione prostopadle. Widzimy światło (czarny piksel)

Z powyższego rozumiemy:

  • Dlaczego nazywamy TN jako wyświetlacz skrętu, ponieważ skręca się o 90o,
  • Powyżej otrzymujemy pozytywny wyświetlacz, czyli czarne znaki na białym lub szarym tle.

Panele szklane mają dwa tryby. Tryb pozytywu (czarne znaki na biało-szarym tle) lub Negatyw (biało-szare znaki na czarnym tle). Powodem, dla którego wyświetlacz TN LCD nie może uzyskać białego papieru, jest fakt, że polaryzacja odcina większość światła, tylko 20% do 40% światła może przejść przez wyświetlacz LCD TN

 

Zalety i wady technologii wyświetlania TN

Zalety:

  • – Niski koszt: użyte materiały są tanie, a proces produkcji jest prosty.
  • – Niskie zużycie energii: obsługa ekranu TN jest prosta, a częstotliwość odświeżania może być niska, co czyni go przyjaznym dla urządzeń zasilanych bateryjnie i przenośnych.
  • – Szybszy czas reakcji lub szybkość: wyświetlacze LCD TN mogą być używane nawet do lekkich przesłon, przyłbic spawalniczych i monitorów do gier.
  • – Szeroki zakres temperatur pracy: wyświetlacze LCD TN mogą być używane w ekstremalnych środowiskach z zakresem temperatur pracy -40 oC do + 90 oC.
  • – Czytelny w świetle słonecznym: Wyświetlacze LCD TN można łatwo zbudować do zastosowań czytelnych w świetle słonecznym, dodając polaryzatory odblaskowe lub transfleksyjne.

 

Niedogodności:

  • – Niski współczynnik kontrastu: Panele wyświetlacza TN mają słaby kontrast.
  • – Kąt widzenia: Wyświetlacze LCD TN mają słaby kąt widzenia, szczególnie jeden kierunek kąta widzenia jest całkowicie nieużyteczny. Dlatego musimy zdefiniować w aplikacji kąt widzenia TN LCD na godzinę 6 lub 12.
  • – Ograniczona zdolność multipleksowania pasywnych wyświetlaczy LCD TN: To jest powód, dla którego wyświetlacze LCD TN są najczęściej używane do prostych i prostych zastosowań, takich jak tanie zegarki, kalkulatory, liczniki mediów itp.

 

Technologia TN w połączeniu z Technologia TFT które mogą być używane do aplikacji o wysokiej rozdzielczości i mają dziś wielki komercyjny sukces na rynku. Wyświetlacze TN TFT LCD, zwane również LCD TFT na rynku są tanie i są najczęściej używane do laptopów, monitorów komputerowych, monitorów medycznych i innych wyświetlaczy ogólnego użytku itp. dzięki ich niskim kosztom. Jednak w przypadku rynku high-end, technologia TN staje w obliczu rosnącej konkurencji ze strony technologii IPS (In-Plane Switching) i technologii wyświetlania VA (pionowe wyrównanie). Monitory IPS mają znacznie lepszy kąt widzenia, kontrast, nasycenie kolorów i odwzorowanie kolorów w porównaniu z monitorami TFT.

 

Technologia TN TFT również staje przed coraz większym wyzwaniem ze strony AMOLED (Active Matrix OLED). Teraz na rynku pojawiają się również wyświetlacze micro LED. Wyświetlacze TFT LCD typu TN z aktywną matrycą są narażone na presję na rynku wyświetlaczy wielkoformatowych. Wierzymy jednak, że wyświetlacz TN będzie dostępny na rynku przez długi czas dzięki niskim kosztom, niskiemu zużyciu energii oraz łatwości produkcji i użytkowania.

Sprawdź również: Szklane panele LCD